【正文】 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 36 （ a） (b) 圖 3. 二進(jìn)制相移鍵控（ 2PSK） 2PSK 是用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)控制載波的兩個(gè)相位，這兩個(gè)相位通常相隔π（ rad），例如可以用相位π和 0 來分別表示二進(jìn)制 1 和 0，因此這種調(diào)制也稱為二相相移鍵控。 2FSK 如同兩個(gè)不同頻率交替發(fā)送的 ASK 信號(hào)，因此 2FSK 信號(hào)的時(shí)域波形表達(dá)式為： ? ? ? ? ? ? tnTtgatnTtgatS n Snn SnF SK 212 c osc os ?? ?????? ???????? ?? ?? 其中 11 2 f??? ， 22 2 f?? ? ， na 是 na 的反碼。 圖 2ASK 信號(hào)想干解調(diào)原理框 圖如圖 所示。 2ASK 是利用單極性非歸零碼表示的基帶信號(hào)去鍵控一個(gè)連續(xù)的載波，使載波時(shí)斷時(shí)續(xù)的輸出。最佳取樣時(shí)刻應(yīng)選在眼圖張開最大的時(shí)刻，此時(shí)的信噪比最大。當(dāng)碼間串?dāng)_十分嚴(yán)重時(shí)，眼圖會(huì)完全閉合起來，系統(tǒng)不可能無誤工作，所以必須對(duì)碼間串?dāng)_進(jìn)行糾正。除了用專用的精密儀器進(jìn) 行定量的測(cè)量之外，在調(diào)試和維護(hù)的工作中，技術(shù)人員還希望能用較為簡(jiǎn)單的方法和通用的儀器也能宏觀的監(jiān)控系統(tǒng)的性能，其中一個(gè)較為有效地方法是觀察接收信號(hào)的眼圖。在實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用的無串?dāng)_波形，其頻域過度特 性是以π /T 為中心，具有奇對(duì)稱生余弦形狀，通常稱為升余弦滾降信號(hào)，簡(jiǎn)稱升余弦信號(hào)。本仿真中我編輯的眼圖 GUI 編輯界面如圖 所示，運(yùn)行后仿真演 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 31 示界面如圖 所示。 眼圖 GUI 編輯界面 重新建立一個(gè)新的 GUI 工程，保存為 yantu，在編輯界面中添加四個(gè)按鍵，一個(gè)文本編輯框，一個(gè)按鍵組，三個(gè)坐標(biāo)軸，并設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)，方法同上面講到的一樣這里就不再重復(fù)，注意要在主界面中數(shù)字基帶傳輸菜單下的子菜單眼圖的回調(diào)函數(shù)下添加如下程序： h=gcf。 2 .不易提取定時(shí)信號(hào)，由于它可能出現(xiàn)長(zhǎng)的連 0串。 圖 三元碼 編碼原理及仿真 碼 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 30 傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼常記作 AMI 碼。 sanyuanma。差分曼徹斯特（ Manchester）碼也使用中央時(shí)刻的電平跳 變來表示信息，但與曼徹斯特（ Manchester）碼不同的是對(duì)于信息 1 則前半時(shí)間與前一碼元的后半時(shí)間電平相同，在中央處再跳變，對(duì)于信息0 則前半時(shí)間的電平與前一碼元的后半時(shí)間電平相反。其編碼規(guī)則為：二進(jìn)制碼 1 用碼元持續(xù)時(shí)間中心點(diǎn)出現(xiàn)躍變來表示，即用“ 10”或“ 01”表示，前半時(shí)間的電平與前一碼元后半時(shí)間的電平相同。 數(shù)字雙相碼又稱為分相位碼或曼徹斯特（ Manchester）碼。雙極性碼無直流成分，可以在電纜等無接地的傳輸線上傳輸，因此得到了較多的應(yīng)用。與單極性非歸零碼不同， RZ 碼發(fā)送 1 時(shí)高電平在整個(gè)碼元期間 T 內(nèi)只持續(xù)一段時(shí)間 t，在其余時(shí)間則返回 到零電平，發(fā)送 0 時(shí)也是用零電平表示。 圖 圖 二元碼編碼原理及仿真波形 單極性非歸零碼是一種最簡(jiǎn)單、最常用的基帶信號(hào)形式。 二元碼 GUI 編輯界面 這里主要講述幾種常見的二元碼，主要有單極 性非歸零碼、單極性歸零碼、雙極性非歸零碼、雙極性歸零碼、數(shù)字雙相碼、密勒碼、條件雙相碼這幾種二元碼。下面三個(gè)波形圖 采用 PCM 編碼原理對(duì)一段正弦信號(hào)進(jìn)行波形編碼的圖形顯示，其形象的表示出了波形編碼的過程，清晰的用波形表示出了 PCM 編碼的過程。設(shè)置好相關(guān)功能鍵的屬性后調(diào)整界面布局，得到如下圖 左圖的編輯界面，運(yùn)行后就可以得到如下圖 右邊的圖形界面。第二位到第四位 2M 3M 4M 為段落碼，表示信號(hào)絕對(duì)值位于哪個(gè)段落內(nèi)。正負(fù)方向各有 8 段線段，由于正負(fù)方向的第一段和第二段斜率相同而合成了一條線段，因此從形狀上來看就只有 13 段折線，這條折線就被稱為 A 律 13 折線。抽樣是把連續(xù)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)，量化是把離散時(shí)間連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間離散幅度的數(shù)字信號(hào)，編碼是將量化后的信號(hào)編碼形成一個(gè)二進(jìn)制碼組輸出。下面三幅圖中非常清晰的表示出了均勻量化和非均勻量的區(qū)別，量化級(jí)數(shù)越大，誤差也就越小， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論 部分 相符合，可見設(shè)計(jì)的界面合理可用 ，且加深了我們對(duì)均勻量化和非均勻量 化的理解。設(shè)置好相關(guān)功能鍵的屬性后調(diào)整界面布局，得到如下圖 左圖的編輯界面，運(yùn)行后就可以得到如下圖 右邊的圖形界面。其特性曲線如圖（ b）所示，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中 ? 取 255。 A=1 時(shí)無壓縮， A 越大壓縮越明顯。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，實(shí)際中往往采用非均勻量化。要滿足條件，則編碼位數(shù)多，設(shè)備較復(fù)雜。 圖 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 21 量化 在模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣后就要對(duì)抽樣后的信號(hào)進(jìn)行量化以便于編碼為數(shù)字信號(hào)。測(cè)試結(jié)果如圖 所示。 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 20 圖 在相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)下添寫相關(guān)的程序，運(yùn)行后輸入抽樣頻率后便可以得到相關(guān)的仿真波形。 帶通抽樣 在實(shí)際中遇到的很 多信號(hào)都是帶通信號(hào)的，若是采用低通抽樣定理來對(duì)信號(hào)進(jìn)行抽樣，肯定是能滿足要求的，但是由于帶通信號(hào)存在著下邊帶，就會(huì)使 0~ Lf 這一段頻帶得不到利用，若 Lf 較大時(shí)，選擇的抽樣頻率也會(huì)很高，而且還有很大一段頻帶得不到利用， 這樣顯然不合理，這時(shí)可以用到帶通抽樣定理。在抽樣的過程中要滿足抽樣定理。將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的過程中需要我們對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行波形編碼。對(duì) 比原調(diào)制信號(hào)和 DSB 解調(diào)信號(hào)可以看出 DSB 解調(diào)信號(hào)與原始信號(hào)波形無差別，只是幅度大小不同，說明解調(diào)出的波形是正確的。 模擬線性調(diào)制仿真結(jié)果 在編寫完相關(guān)按鍵功能程序后，保存運(yùn)行后就可以看到模擬線性調(diào)制解調(diào)的 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 17 相關(guān)波形，從中我們可以 非常清晰的看到 AM、 DSB、 SSB 調(diào)制解調(diào)的波形，及其區(qū)別，更加形象的理解了模擬線性調(diào)制的知識(shí)點(diǎn)。 close(h)。 圖 圖 圖 所示的演示界面可以由主界面菜單按鍵下的模擬線性調(diào)制菜單鍵進(jìn)行界面切換得到，同理，這里也需要設(shè)置一個(gè)返回主界面按鍵。 m(t) twccos )(tSDSB twccos LPF )(0tm 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 15 圖 SSB 信號(hào)的濾波法產(chǎn)生 SSB 信號(hào)的頻譜可表示為： （ 2）用相移法形成 SSB 信號(hào) SSB 信號(hào)的時(shí)域表示式為： 用相移法形成單邊帶信號(hào)原理框圖如下圖 所示。產(chǎn)生 SSB 信號(hào)的方法很多，其中最基本的方法有濾波法和相移法。 DSB 信號(hào)只能用相干解調(diào)，其模型與 AM 信號(hào)相干解調(diào)時(shí)完全相同。相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個(gè)同頻同相的載波， AM調(diào)制解調(diào)的原理框圖如下所示： DSB 調(diào)制解調(diào) 在幅度調(diào)制的一般模型中，假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（ ＝ 1），調(diào)制信號(hào)中無直流分量，則輸出的已調(diào)信號(hào)就是無載波的雙邊帶信號(hào)或稱抑制載波雙邊帶（ DSBSC）調(diào)制信號(hào)，簡(jiǎn)稱雙邊帶（ DSB）信號(hào)。 AM 調(diào)制解調(diào) 調(diào)制信號(hào) s(t): m(t)=A(t)cos[wt+?(t)] AM 是指對(duì)信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制。 %關(guān)閉主界面顯示 保存后，運(yùn)行后在主界面窗口中點(diǎn)擊模 擬線性調(diào)制菜單就可以切換到相應(yīng)的子界面中。 界面切換功能：在主界面中要用到界面切換功能，點(diǎn)擊相應(yīng)的菜單選項(xiàng)要能切換到相應(yīng)的 GUI 子界面中，如點(diǎn)擊主界面中的模擬線性調(diào)制菜單選項(xiàng)就要進(jìn)入模擬線性調(diào)制的子界面中在進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的仿真實(shí)驗(yàn)。 % 去掉坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸標(biāo)簽 保存后，打開主界面 運(yùn)行后 就可以 在可視化窗口中顯示 圖片 。然后 再 編輯對(duì)應(yīng)的 M 文件，在 M 文件中的 OpeningF 函數(shù) 下面添加 如 下代碼： backgroundImage = importdata(‘D:\2021 畢業(yè)論文設(shè)計(jì) \MATLAB 仿真\’)。 GUI 主界面 退 出 模擬線性調(diào)制 子 界 面 模擬信號(hào)波形編 碼 子 界 面 返 回 返 回 數(shù)字信號(hào)基帶傳 輸 子 界 面 返 回 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制 傳 輸 子 界 面 返 回 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 11 菜單設(shè)置 24 主界面中退出按鍵、圖像顯示、界面切換等功能都要在相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)中編寫程序來實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能。系統(tǒng) 總體 結(jié)構(gòu)如 下 圖 21所示。其中，模擬線性調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)包括調(diào)幅信號(hào)（ AM）的調(diào)制解調(diào)、抑制 載波 雙邊帶信號(hào)（ DSB）的調(diào)制解調(diào)、單邊帶信號(hào)（ SSB）的調(diào)制解調(diào)。 GUI 的廣泛流行是當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的重大成就之一，它以友好性、直觀性、易懂性在軟件編程上被廣泛使用。M文件基本上可以分為 GUI 初始化和回調(diào)函數(shù) 2個(gè)部分，控件的回調(diào)函數(shù)可根據(jù)用戶與 GUI 的具體交互行為分別調(diào)用。 Matlab 將所有 GUI 支持的用戶控件都集成在這個(gè)環(huán)境中并提供界面外觀、屬性和行為響應(yīng)方式的設(shè)置方法，隨著版本的提高，這種能力還會(huì)不斷加強(qiáng)。 Matlab 面 GUI，提供了一個(gè)交互式的設(shè)計(jì)工具 GUIDE。 Matlab 在科研和高?；A(chǔ)課教學(xué)中具有明顯優(yōu)勢(shì)，是理工科大學(xué)生必不可少的工具。工具箱實(shí)際上是對(duì) Matlab 進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)用的一系列 Matlab 函數(shù)（即 M文件），可以用來求解各類學(xué)科的問題，包括控制系統(tǒng)識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理、信號(hào)處理等。laboratory 兩個(gè)詞的組合，意為矩陣工廠（矩陣實(shí)驗(yàn)室）。還有就是這里由于篇幅有限，我只是對(duì)通信原理中部分知識(shí)做了仿真設(shè)計(jì)，還有一部分知識(shí)在這里沒有涉及到，但那些知識(shí)也是通信原理中非常重要的基礎(chǔ)知識(shí)，同樣可以在仿真平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)，這里我就不一一闡述。 simulink中是基于一些模塊的連接并設(shè)置好模塊中的參數(shù)來達(dá)到仿真的目的，類似于實(shí)驗(yàn)室中的具體硬件電路實(shí)驗(yàn)；而 MATLAB GUI 中是在相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)下寫下相關(guān)程序代碼來達(dá)到實(shí)驗(yàn)仿真的目的。對(duì)通信原理的學(xué)習(xí)中，肯定是離不開通信原理的一些實(shí)驗(yàn)的，但是有時(shí)候由于實(shí)驗(yàn)室條件有限，還有一些硬件設(shè) 備損壞等原因使得相關(guān)實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)， MATLAB 是美國(guó) MathWorks 公司開發(fā)的一款優(yōu)秀軟件，它成功的解決了這一問題，同時(shí)它也廣泛的應(yīng)用于自動(dòng)控制、數(shù)學(xué)計(jì)算、信號(hào)分析、信號(hào)處理等諸多領(lǐng)域 ,也是國(guó)內(nèi)高校和研究部門進(jìn)行許多科學(xué)研究的重要工具。掌握了通 信相關(guān)的技術(shù)對(duì)以后無疑會(huì)有廣闊的前景。 MATLAB 中 GUI 設(shè)計(jì)出的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)的界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)一體化，讓操作者一目了然，對(duì)通信原理的知識(shí)具有很強(qiáng)的演示性，操作簡(jiǎn)單方便，以圖形及動(dòng)態(tài)仿真演示了通信原理中相關(guān)知識(shí)中抽象的內(nèi)容及波形，便于我們理解通信原理中相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，提高學(xué)習(xí)效率。 論文作者： （簽字） 時(shí)間： 2021 年 5 月 6 日 指導(dǎo)教師已閱： （簽字） 時(shí)間： 2021 年 5 月 6 日 基于 MATLAB 的通信原理實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái) 3 目 錄 前 言 ................................................................................................................................. 6 設(shè)計(jì)軟件介紹 .....................................................................................................